基于CDMA/GPRS网络的珠江口水文信息系统

李冠宇，胡轶群，徐俊臣，邱文博

（国家海洋技术中心，天津 300112）

基于CDMA/GPRS网络的珠江口水文信息系统

李冠宇，胡轶群，徐俊臣，邱文博

（国家海洋技术中心，天津 300112）

介绍一种基于CDMA/GPRS数据传输业务的珠江口水文信息系统，该系统通过数据采集设备实现数据采集、处理和基于CDMA/GPRS的数据通信，数据中心计算机实现多站点的数据集中管理、反馈控制和因特网信息发布，实现了对数据采集设备的远程无线监控的功能。

CDMA/GPRS；数据采集设备；远程监控

珠江口水文信息系统的主要任务是实时监测珠江口各观测站点的水位、风速、风向等要素的变化情况，为船舶安全航行和航运调度管理提供重要基础数据，这是一项长期性的业务化工作，水文信息系统的质量和测量精度将直接影响水情信息的实时性和准确性，加强观测站基础设施的建设，强化水情信息自动采集、传输和发布工作，提高水情测报质量成为当务之急。珠江口水文信息系统的建成和投入使用，对于防汛、航运管理工作具有重要意义。

珠江口水文信息系统的观测站点分布范围广，工作环境恶劣，人员维护有一定困难，有一些站点建在无人岛上，基础条件差，没有正常的市电供应，只能采用太阳能电池组供电，因此，设计上要求全部站点必须实现无人值守工作，数据采集设备必须具备功耗低、可靠性高、可维护性强的特点，并实现远程数据通讯和管理功能。

1 系统构成及工作原理

珠江口水文信息系统总体结构如图1所示，系统主要由数据采集设备、数据传输网络和数据中心三部分组成。其中数据采集设备安装在各个观测站点，自动采集、处理和存储水位、风速、风向等观测参数，并且控制通讯模块，将测量数据和采集设备的工作状态信息传输到数据中心；数据传输网络采用CDMA/GPRS公共传输网，可以根据站点的实际通讯条件选择CDMA网络或GPRS网络，并且通过无线网络运营商的网关接入因特网，与连接在因特网上的数据中心实现远程数据传输与控制；数据中心负责接收、显示、存储各个观测站点的数据和状态信息，实现多站点的数据库管理，同时显示各站点设备的实际工作状况，方便用户维护管理。此外，数据中心通过因特网向授权用户实时发布水文信息。

图1 珠江口水文信息系统总体结构图

2 系统实现

2.1 数据采集设备

数据采集设备原理框图如图2所示，电路设计以低功耗、高性能单片机为核心，设计有模拟和数字采集接口电路，实现水位、风速和风向参数的采集，并预留一个传感器接口供以后功能扩展。设备配有字符液晶显示器和4个键的小键盘作为人机界面，以实现系统工作参数的设置管理，采集处理的水位数据通过数据输出接口传输到水位钟驱动电路，驱动水位钟指示当前水位信息。通过工作参数设置，数据通讯模块可以支持 RS-232/RS-422、MODEM、VHF 电台、GSM、GPRS/CDMA等通讯方式，本应用使用GPRS/CDMA通讯。

图2 数据采集设备原理框图

数据采集设备自动采集、处理并存储各种观测参数，每分钟获取的实时数据自动发送到数据中心，为数据中心实时水文信息发布提供数据支持，同时保存最新两个月的历史数据，供数据中心随时调阅。数据采集设备具有体积小、功耗低、测量准确度高、配置灵活、界面友好的特点，安装在珠江口主航道各观测站，使用太阳能电池组供电，在无人值守工作状态下，安装的6套设备已经连续稳定工作了4 a以上。

2.2 CDMA/GPRS 数据传输

数据采集设备的数据传输接口支持多种通讯方式，在珠江口水文信息系统的应用中，根据数据采集设备分布范围广、数据要求实时强、系统功耗低、要求维护简单、支持长期业务化运行等实际特点，我们选择CDMA/GPRS网络通讯作为本应用的通信手段，CDMA和GPRS无线移动通信网络是公共网络资源，由专业运营商提供业务化服务和维护，建设周期短，组网灵活，具有网络稳定可靠、覆盖范围广、永远在线、通讯能力强、使用资费低、不受地域限制的优点，并且这两种无线数据网络都和因特网相连。数据中心只需通过专线与运营商的服务器连接或者通过其他方式接入因特网，即可实现与数据采集设备的双向数据通讯。

本应用中，在广东海事局海测大队设计有一个数据中心，通过数据通讯网同时管理多个安装在观测点的数据采集设备，组成中心对多点的网络结构。在数据采集设备一端，根据当地无线网络信号的实际覆盖情况，灵活配置宏电公司生产的H7000系列工业级CDMA或者GPRS无线数据传输模块。

图3 珠江口水文信息系统数据中心站软件主界面

2.3 数据中心

数据中心由数据库服务器、网络通讯设备、UPS电源系统、防雷设施、数据接收管理软件、数据网络发布软件等组成。数据中心管辖的各观测点的工作状态，采用红绿两种颜色标识在主机界面中的珠江口地区地图相应位置上，红色表示设备离线，绿色表示设备在线；数据中心获得的实时数据，其中包括前端各观测点的水位、风速、风向和电源电压等数据，被显示在界面中珠江口地区的地图该测点相应位置上，做到一目了然。同时将实时数据及时更新在专用网站上，网站提供授权用户的Internet浏览及下载功能。

水文信息系统数据中心的数据接收管理软件主界面如图3所示，主要功能有：

（1）实时显示各观测点的观测数据和设备状态信息，并对各类信息实现自动采集和存储；

（2）对站点任意时间的风速、风向、水位信息的查询；

（3）经数据中心实时处理的数据及时更新在专用网站上，用户可以随时进行访问。

2.4 系统功能特点

（1）数据准确性：为确保实时采集的数据具有较高的准确性，前端数据采集设备使用高精度的水位传感器和风速风向传感器，数据中心对接收的数据进行初步质量控制，内容包括剔除粗大误差、测量值上下限检查、时间连续性检查、传感器不变性检查等；

（2）数据实时性：实时采集的数据(潮位、风速、风向等)每隔5 min传送回数据中心，实现了数据的实时动态更新功能；

（3）数据网络化：实时采集的数据是通过CDMA/GPRS网络传送回大队数据中心的，另外经数据中心实时处理的数据及时更新在专用网站上，用户可以随时进行访问；

（4）系统的可靠性：各项设备符合结构简单、可靠、低功耗的原则，所有观测站都能在无人值守的条件下工作 ，能长期、特别是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作，避免了因观测站出现故障而丢失水文数据；

（5）系统的扩充性：系统有较强的扩充性。一方面，前端采集设备预留了接口，在2009年增加了能见度观测，另一方面数据中心的系统软件能支持站点的增加，系统先后增加了内伶仃、担秆岛等站。

3 应用结果与意义

目前珠江口助航信息系统应用已经建成多个水文站前端和一个数据中心，多个观测站合理分布在珠江口主航道的两侧，数据中心位于海测大队办公楼。系统建设后实现了观测站状态监控、远程维护管理、固态存储和远程数据提取等功能，通过该系统数据发送和补发机制，实现了水情报汛和水文整编数据的统一和结合。从而搭建了统一水文数据业务平台，并为今后观测站点的增加和系统扩充提供了统一的平台。

珠江口水文信息系统自2005年投入业务化运行以来，运行稳定可靠，为广大用户提供及时、准确的水文信息，为珠江口水域的安全航运、水利的防洪防汛提供第一手资料，起到了业务支撑作用。由于该系统具有数据准确性、数据实时性、数据网络化、系统可靠性、系统可扩充性等特点，该系统可推广并应用到整个长江流域及近海的水文信息观测中，为我国的水文观测提供强大的技术支持。

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The Hydro-information Monitoring System of Zhujiang Estuary Based on CDMA/GPRS Network

LI Guan-yu,HU Yi-qun,XU Jun-chen,QIU Wen-bo
(National Oceanic Technology Center,Tianjin 300112,China)

A smart CDMA/GPRS-based hydro-information monitoring system of Zhujiang estuary is introduced,which realizes the data acquisition and process using the data acquisition device in situ.Data management,feedback control and Internet information distribution on multi-sites are implemented by the computer in data center.The wireless remote monitoring on data acquisition devices is realized based on CDMA/GPRS communication.

CDMA/GPRS,data acquisition device,remote monitoring

P714+.1

B

1003-2029（2011）03-0040-03

2010-08-20